KR101823206B1 - 전자파 차폐 시트 및 무선 충전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 형태는 자성층 및 상기 자성층의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 방열코팅층을 포함하는 전자파 차폐시트 및 무선 충전장치를 제공한다.
Description
본 발명은 전자파 차폐 시트 및 무선 충전장치에 관한 것이다.
전자기기의 소형화 및 경량화로 각종 전자기기의 중량이 가벼워짐에 따라 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 충전하는 비접촉형, 즉, 무선 충전 방식이 주목 받고 있다.
무선충전 방식은 전자기 유도를 이용하여 충전하는 방식으로, 충전기(무선전력 전송장치)에 1차 코일(송신부 코일)을 구비하고 충전 대상(무선전력 수신장치)에 2차 코일(수신부 코일)을 구비하여, 1차 코일과 2차 코일 간의 유도결합에 의해 발생한 전류를 에너지로 변환하여 배터리를 충전하는 방식이다.
이때, 수신부 코일과 배터리 사이에 전자파 차폐시트를 배치한다. 차폐시트는 수신부 코일에서 발생한 자기장이 배터리로 도달하는 것을 차단해주고, 무선전력 전송장치로부터 발생되는 전자기파를 효율적으로 무선전력 수신장치로 송신하기 위한 역할을 한다.
이러한 전자파 차폐 시트를 사용하여 무선충전을 하는 경우, 지속적으로 수~수십 Watt의 전력이 이동하면서 재료와 회로의 손실이 발생할 수 있으며, 이에 따라 많은 열이 발생하게 된다. 따라서, 당 기술 분야에서는 전자파 차폐 시트 혹은 그 주변에서 발생한 열을 효율적으로 배출할 수 있는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 일 목적은 방열 성능이 향상된 전자파 차폐시트 및 무선 충전장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 실시 형태를 통하여 방열 성능이 우수한 전자파 차폐시트의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 전자파 차폐시트는 자성층 및 상기 자성층의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 방열코팅층을 포함하는 구조이다.
이 경우, 상기 방열코팅층은 열 전도도가 높은 그래핀을 포함할 수 있으며, 또한, 접착제 등에 의하지 아니하고 자성층 표면에 직접 형성됨으로써 방열 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 전자파 차폐시트 및 무선 충전장치의 경우, 자성층의 표면에 적용된 방열코팅층에 의하여 방열 특성이 현저히 향상될 수 있는바, 이를 이용한 전자기기의 신뢰성 향상에 유리하다.
도 1은 일반적인 무선충전 시스템의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선충전 시스템에서 전자파 차폐시트와 코일부가 결합된 형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선충전 시스템에서 전자파 차폐시트와 코일부가 결합된 형태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 일반적인 무선충전 시스템을 개략적으로 나타낸 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 무선충전 시스템은 무선전력 전송장치(10)와 무선전력 수신장치(20)로 구성될 수 있으며, 무선전력 수신장치(20)는 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 전자기기(30)에 포함될 수 있다.
무선전력 전송장치(10)의 내부를 보면, 기판(12) 상에 송신부 코일(11)이 형성되어 있어 무선전력 전송장치(10)로 교류전압이 인가되면 주위에 자기장이 형성된다. 이에 따라, 무선전력 수신장치(20)에 내장된 수신부 코일(21)에는 송신부 코일(11)로부터 유도된 기전력에 의하여 배터리(22)가 충전될 수 있다.
배터리(22)는 충전과 방전이 가능한 니켈수소 전지 또는 리튬이온 전지가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배터리(22)는 무선전력 수신장치(20)와는 별도로 구성되어 무선전력 수신장치(20)에 착탈이 가능한 형태로 구현될 수 있고, 또는 배터리(22)와 무선전력 수신장치(20)가 일체로 구성되는 일체형으로 구현될 수도 있다.
송신부 코일(11)과 수신부 코일(21)은 전자기적으로 결합되어 있으며, 구리 등의 금속 와이어를 권회하여 형성될 수 있다. 이 경우, 권회 형상은 원형, 타원형, 사각형, 마름모형 등이 될 수 있으며, 전체적인 크기나 권회 횟수 등은 요구되는 특성에 따라 적절하게 제어하여 설정할 수 있다.
수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에는 전자파 차폐시트(100)가 배치되며, 전자파 차폐시트(100)는 수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에 위치하여 자속을 집속함으로써 효율적으로 수신부 코일(21) 측에 수신될 수 있도록 한다. 이와 함께, 전자파 차폐시트(100)는 자속 중 적어도 일부가 배터리(22)에 도달하는 것을 차단하는 기능을 한다.
이러한 전자파 차폐 시트(100)는 코일부와 결합되어 상술한 무선충전 장치의 수신부 등에 적용될 수 있다. 또한, 무선 충전 장치 외에도 상기 코일부는 마그네틱 보안 전송(MST), 근거리 무선 통신(NFC) 등에 이용될 수도 있다. 또한, 전자파 차폐 시트(100)는 무선충전 장치의 수신부가 아닌 송신부에도 적용될 수 있을 것이며, 이하에서는 송신부와 수신부 코일을 모두 코일부로 칭하기로 한다. 이하, 전자파 차폐시트(100)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐시트를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3에 도시된 형태와 같이, 전자파 차폐시트(100)는 자성층(101) 및 이를 피복하는 방열코팅층(102)을 포함하여 구성되며, 이 경우, 본 실시 형태는 자성층(101)이 복수 개 구비되어 두께 방향으로 적층된 구조를 기준으로 설명하지만, 의도하는 차폐 기능이나 전자기기의 크기 등에 따라 자성층(101)의 적층 수는 적절히 조절될 수 있다.
전자파를 집속 및 차폐하기 위한 자성층(101)은 비정질 합금이나 나노 결정립 합금 등으로 이루어진 박판의 금속 리본을 사용할 수 있다. 이 경우, 비정질 합금으로는 Fe계 또는 Co계 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 자성 합금은 Si를 포함하는 물질, 예를 들어, Fe-Si-B 합금을 사용할 수 있으며, Fe를 비롯한 금속의 함유량이 높을수록 포화 자속 밀도가 높아지지만, Fe 원소의 함유량이 과다할 경우 비정질을 형성하기 어려우므로 Fe의 함량은 70-90 atomic%일 수 있으며, 비정질 형성 가능성 측면에서는 Si 및 B의 합이 10-30 atomic%의 범위인 것이 가장 적합하다. 이러한 기본 조성에 부식을 방지시키기 위해 Cr, Co 등 내부식성 원소를 20 atomic% 이내로 첨가할 수도 있고, 다른 특성을 부여하도록 필요에 따라 다른 금속 원소를 소량 포함할 수 있다.
다음으로, 나노 결정립 합금을 이용할 경우에는 예를 들어, Fe계 나노 결정립 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 나노 결정립 합금은 Fe-Si-B-Cu-Nb 합금을 사용할 수 있다.
한편, 자성층(101)은 일체화 된 형태로 제공될 수도 있지만, 복수 개의 조각으로 파쇄된 구조를 가질 수 있으며, 이러한 파쇄 구조는 복수의 조각 사이에 전기 절연성을 제공할 수 있으므로 자성층(101)에 발생할 수 있는 와류 전류의 저감에 기여할 수 있다.
복수의 자성층(101) 사이에는 접착층(102)이 개재되며, 접착층(102)은 자성층(101)들의 층간 절연과 더불어, 자성층(101)들의 층간 접합을 위하여 제공될 수 있다. 접착층(102)은 자성층(101)을 접합하기에 적합한 것이라면 당 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 어떠한 것이라도 채용이 가능하며, 양면테이프 등을 예로 들 수 있다.
방열코팅층(103)은 자성층(101) 등에서 발생된 열을 효율적으로 방사하기 위하여 제공되며, 도 3에 도시된 형태와 같이, 자성층(101)의 상면을 덮도록 형성될 수 있다. 본 실시 형태처럼 자성층(101)이 복수 개 적층된 구조인 경우에는 복수의 자성층(101) 중 최상부에 배치된 것의 상면을 덮도록 형성될 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 방열코팅층(103)은 자성층(101)의 표면에 직접 형성되어 있으며 이러한 직접 코팅 구조에 의하여 우수한 방열 효과를 얻을 수 있다. 즉, 방열코팅층(103)은 접착층 등에 의하지 아니하고 자성층(101)의 표면에 직접 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서 방열코팅층(103)은 전자파 차폐 시트에 적용되기에 적합하면서도 열 전도성이 우수한 물질을 포함하도록 하였으며, 이러한 물질로서 그래핀을 사용하였다.
본 실시 형태에서 방열코팅층(103)에 포함된 그래핀의 경우, 탄소 원자들이 sp2 혼성 결합의 벌집 모양을 이루면서 한 층으로 이루어진 2차원 구조의 신소재이다. 그래핀은 구조적, 화학적으로 매우 안정하고 뛰어난 전도체로서 실리콘보다 100배 정도 빠르게 전자를 이동시킬 수 있고, 구리보다 100배 정도 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있다고 알려져 있다. 또한, 강철의 200배 정도 되는 기계적 강도 및 유연성을 가지고, 약 5,300 W/m·K 의 열 전도도를 가지면서 입사하는 빛의 97.7%를 투과시키는 광학적 성질도 가지고 있다. 또한, 그래핀은 탄소로만 이루어졌기 때문에 2,600 m2/g의 높은 비표면적을 가진다.
그래핀 분말을 사용하여 자성층(101)의 표면에 코팅층을 형성하는 공정은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 진공 여과법, 랑뮤어-블라젯 조립법, LBL 조립법, 디핑(dipping), 롤 코팅, 콤마코팅 등 다양한 방법을 이용할 수 있다. 이러한 공정들을 이용할 경우, 그래핀 파우더가 유기 또는 무기 바인더와 같이 혼합되어 있는 구조로 상기 적층 구조에 코팅될 수 있다. 이하, 상술한 공정들 중 일부를 설명한다.
스핀 코팅은 기판 위에 그래핀 산화물 용액을 일정량 떨어뜨리고 기판, 즉, 코팅 대상물(본 실시 형태에서는 자성층)을 고속으로 회전시켜서 상기 용액에 가해지는 원심력으로 기판을 코팅하는 방법이다.
스프레이 코팅법은 그래핀 산화물 용액을 기판에 분사하는 코팅 방법으로서, 대면적의 기판을 코팅하기에 용이하고, 공정 자체가 빠르며 간단하지만, 상기 용액이 노즐에서 분사되어 기판에 닿기 전에 그래핀 산화물 조각들의 엉김(aggregation)현상이 발생하여 필름의 전체 면적이 균일하지 못할 수 있다.
진공 여과법은 그래핀 산화물 용액을 미세 여과지를 이용하여 여과하면, 상기 미세 여과지에 걸러진 그래핀 산화물 조각들이 필름을 형성하는 코팅 방법으로, 균일하게 코팅된 필름을 얻을 수 있고 필름의 두께를 조절하기가 용이하다. 다만, 사용되는 그래핀 산화물 용액의 소모가 많고, 소요시간이 상대적으로 오래 걸릴 수 있다.
랑뮤어-블라젯 조립법은, 그래핀 산화물들이 표면에 배열되어 있는 용액에 기판을 수직으로 담근 후, 일정한 속도로 천천히 기판을 들어 올려 그래핀 산화물 조각들이 기판에 자기 조립되는 코팅 방법이다. 랑뮤어-블라젯 조립법은 비교적 균일한 필름을 얻을 수 있으나, 공정 소요시간이 길고, 대면적의 기판을 코팅하는 데에는 어려움이 따를 수 있다.
LBL (Layer-by-layer) 조립법은 그래핀 조각에 서로 다른 표면 전하를 부여하고, 정전기적 인력을 이용하여 필름을 조립하는 코팅 방법이다. LBL 조립법의 경우, 그래핀 조각에 작용기를 붙여 양전하를 가지는 그래핀 산화물 용액 및 음전하를 가지는 그래핀 산화물 용액을 각각 제조하고, 기판을 상기 두 용액에 번갈아 담금으로써 그래핀 산화물 조각들을 한 층씩 쌓아나갈 수 있다. LBL 조립법은 조작성이 좋지만 그래핀 조각에 작용기를 붙이는 전처리 과정이 필요하고, 공정에 소요되는 그래핀 산화물 용액의 양과 소요되는 시간이 많을 수 있다.
상술한 방법 등으로 제조될 수 있는 방열코팅층(103)의 경우, 자성층(101)과 결합됨에 있어서 양면테이프와 같은 물리적 접착층이 필요 없기 때문에 차폐 시트 및 이를 이용한 소자의 두께를 감소시킬 수 있으며, 이를 이용한 전자기기의 소형화에 유리할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 다른 실시 예를 설명한다. 도 4에 도시된 전자파 차폐 시트(200)는 앞선 실시 형태와 마찬가지로 복수의 자성층(101), 접착층(102) 및 방열코팅층(203)을 포함하는 구조이며, 방열코팅층(203)의 형상에서만 차이가 있다. 이 경우, 도 5는 도 4의 전자파 차폐시트(200)가 코일부(21) 상에 배치되어 결합된 형태를 나타낸 것이다.
본 실시 예의 경우, 방열코팅층(203)은 자성층(101)의 상면 및 측면을 덮도록 형성되어 있다. 본 실시 형태처럼 자성층(101)이 복수 개 적층된 구조인 경우에는 방열코팅층(203)은 복수의 자성층(101) 중 최상부에 배치된 것의 상면 및 복수의 자성층(101)의 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 형상에 있어서만 차이가 있을 뿐 앞선 실시 형태와 같이, 방열코팅층(203)은 접착제 등을 매개로 하지 아니하고 자성층(101)의 표면에 직접 형성될 수 있다.
본 실시 형태와 같이, 방열코팅층(203)의 피복 영역을 자성층(101)의 측면까지 확대함으로써 자성체(101)의 노출된 측면을 효과적으로 보호할 수 있다. 즉, 자성체(101) 적층 구조의 측면을 피복함으로써 방열 효과와 더불어 자성 물질의 이탈을 방지하고 습기 등으로부터 자성층(101)을 보호할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 형태와 같이, 방열코팅층(203)은 코일부(21)의 일면, 본 실시 형태에서는 코일부(21)의 상면까지 연장 형성된 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 방열코팅층(203)은 코일부(201)의 일면에 접착제 등에 의하지 아니하고 직접 형성될 수 있다. 방열코팅층(203)이 코일부(21)와 접촉하도록 형성됨에 따라 자성층(101) 외에 코일부(21)에서 방출된 열을 효과적으로 방출할 수 있으며, 이러한 방열 효과는 코일부(21)의 표면에 방열코팅층(203)이 직접 형성됨으로써 더욱 향상될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 무선전력 전송장치
11: 송신부 코일
20: 무선전력 수신장치
21: 수신부 코일(코일부)
22: 배터리
30: 전자기기
100, 200: 전자파 차폐시트
101: 자성층
102: 접착층
103, 203: 방열코팅층
11: 송신부 코일
20: 무선전력 수신장치
21: 수신부 코일(코일부)
22: 배터리
30: 전자기기
100, 200: 전자파 차폐시트
101: 자성층
102: 접착층
103, 203: 방열코팅층
Claims (16)
- 금속 박판 형태로서 두께 방향으로 적층된 복수의 자성층; 및
상기 복수의 자성층 중 최하부에 배치된 것의 하면은 실질적으로 커버하지 않는 범위에서 상기 복수의 자성층의 측면 및 이들 중 최상부에 배치된 것의 상면의 적어도 일부를 피복하는 방열코팅층;을 포함하며,
상기 방열코팅층은 적어도 일부 영역에서 상기 복수의 자성층과 직접 접촉하되 상기 복수의 자성층 모두의 측면을 피복하며 상기 복수의 자성층의 측면과 상면을 피복하는 영역은 일체로 형성된 전자파 차폐시트. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 방열코팅층은 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 자성층 사이에는 접착층이 개재된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 방열코팅층은 상기 자성층의 표면에 직접 형성된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐시트.
- 코일부; 및
상기 코일부 상에 배치되며, 금속 박판 형태로서 두께 방향으로 적층된 복수의 자성층과 상기 복수의 자성층 중 최하부에 배치된 것의 하면은 실질적으로 커버하지 않는 범위에서 상기 복수의 자성층의 측면 및 이들 중 최상부에 배치된 것의 상면의 적어도 일부를 피복하는 방열코팅층을 포함하며, 상기 방열코팅층은 적어도 일부 영역에서 상기 복수의 자성층과 직접 접촉하되 상기 복수의 자성층 모두의 측면을 피복하며 상기 복수의 자성층의 측면과 상면을 피복하는 영역은 일체로 형성된 전자파 차폐시트;
를 포함하는 무선 충전장치.
- 삭제
- 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 방열코팅층은 상기 코일부의 상면까지 연장 형성된 형태를 갖는 것을 특징으로 무선 충전장치.
- 제13항에 있어서,
상기 방열코팅층은 상기 코일부의 상면에 직접 형성된 것을 특징으로 하는 무선 충전장치.
- 제10항에 있어서,
상기 방열코팅층은 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전장치.
- 제10항에 있어서,
상기 방열코팅층은 상기 자성층의 표면에 직접 형성된 것을 특징으로 하는 무선 충전장치.
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| KR20150086717 | 2015-06-18 |
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| JP2001015656A (ja) * | 1999-06-28 | 2001-01-19 | Kitagawa Ind Co Ltd | 電子部品用放熱体 |
-
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001015656A (ja) * | 1999-06-28 | 2001-01-19 | Kitagawa Ind Co Ltd | 電子部品用放熱体 |
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